一種炭包覆的磁性超細鐵顆粒及其制造方法技術

本發明專利技術公開了一種炭包覆的磁性超細鐵顆粒及其制造方法。炭包覆的磁性超細鐵顆粒，平均粒徑為５０～４００ｎｍ，其組分和重量含量包括：磁性鐵為６５～８５％，炭為１５～２５％。采用本發明專利技術的方法獲得的炭包覆的磁性超細鐵顆粒，其氧化溫度不低于４００℃，在自然條件下放置時間不少于３個月飽和磁化強度仍然不低于１４０ｅｍｕ／ｇ。本發明專利技術的方法原料要求不高，反應條件溫和，易于工業化大量制備。本發明專利技術的軟磁特性的超細鐵顆粒具有顆粒尺寸小、飽和磁化強度高和磁性能穩定的特征，適合于作為磁性記錄用磁粉，磁靶向藥物的載體材料等。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種炭包覆的磁性超細鐵顆粒及其制備方法，特別涉及采用化學氣相沉積進行超細鐵顆粒表面處理的方法。
技術介紹
鐵是自然界大量存在和人類廣泛使用的一種元素。通常，鐵是作為塊狀結構材料使用，具有鐵磁性。而納米磁性材料則具有超順磁性等特殊性質。超細鐵粒子作為高密度磁記錄材料、電磁波吸波材料、磁流體、磁靶向藥物載體或與其它材料復合制備功能材料，成為了研究的熱點。但是納米鐵顆粒由于其具有的巨大的表面能使得其非?；顫?，純凈的納米鐵顆粒在空氣中不能穩定存在，限制了納米鐵顆粒的應用。已有的文獻資料表明，對超細鐵顆粒表面進行處理，可以使其能在空氣中穩定存在?，F有的超細鐵顆粒的表面處理有多種方法。M.Pardavi-Horvath較早提出納米鐵包覆金屬氧化物的方法(Magnetic nanocomposites by reactionmilling，Scripta Metallurgica et Materialia，1995，33(10～11)，1731～1740)，此法是通過球磨實現，產物中雜質含量高。趙新清等人提出(納米鐵微粒表面氧化物的結構及磁性，金屬學報，2001，37(6)，633～636)將納米鐵在惰性氣體中長時間放置，依靠惰性氣體中的微量氧氣經緩慢氧化使其表面金屬鐵氧化生成鐵的氧化物保護膜，或將鐵粒子分散在易揮發的溶劑中，通過溶劑的揮發在其表面形成鐵的氧化物保護膜。鐘培文等提出采用表面活性劑包覆納米鐵顆粒(納米鐵粉的穩定性及超細鐵粉的生物利用率，金屬功能材料，2003，10(2)，22～24)；G.Kataby和R，Prozorow等提出采用高分子包覆納米鐵顆粒，(Characterization of self-assembled alcohols coatings on amorphous iron，Nanostructured Marerials，1999，vol.12，421～424)。上述兩種包覆方法得到的納米鐵顆粒的抗氧化性能差，在空氣中放置一定時間后因發生氧化或環境溫度高導致表面包覆層失效，納米鐵顆粒的磁性能隨放置時間的延長而大幅度下降。王翠英等人提出采用化學鍍方法在納米鐵顆粒表面鍍覆金屬鎳等磁性鍍層(金屬鐵納米粒子的液相制備、表面修飾及結構表征，化學物理學報，1999，12(6)，670～674)。Everett E.Carpenter則提出用金等惰性金屬包覆納米鐵表面(Iron nanoparticles as potential magnetic carriers，Joural of Magnetism and Magnetic Materials，225(2001)，17～20)。Hisato Tokoro等人將納米鐵(20～30nm)與納米碳黑(30nm)在900～1200℃的高溫下反應獲得石墨包覆的納米鐵顆粒(Iron nanoparticlescoated with graphite nanolayers and carbon nanotubes，Diamond and RelatedMaterials，13(2004)，1270～1273)。張現平等人將納米鐵顆粒在乙炔氣氛中等離子包覆炭，(乙炔氣氛下制備碳包覆鐵納米粒子及其表征，青島科技大學學報，2004，25(1)，30～32)，該法原料要求高，反應條件苛刻，難以大量制備。
技術實現思路
本專利技術需要解決的技術問題是公開，克服以往技術上存在的高磁性微細鐵顆粒容易氧化等應用技術方面的缺陷，滿足磁性靶向載體和磁流體等應用需求。本專利技術的炭包覆的磁性超細鐵顆粒為一種平均粒徑為50～400nm的黑色粉末，其組分和重量含量包括磁性鐵為65～85％，炭含量為15～25％。其重要的特征是氧化溫度不低于400℃，在自然條件下放置時間不少于3個月飽和磁化強度仍然不低于140emu/g。上述炭包覆的磁性超細鐵顆粒材料的制造方法可以包括如下步驟 (1)納米四氧化三鐵磁粉和隔離劑混合研磨將平均粒徑為8～15nm的四氧化三鐵粉末與隔離劑按比例成為混合物，加直徑為1～8mm(優選為2～6mm)的鋼球球磨，四氧化三鐵與隔離劑的重量比例為1∶2～2∶1，混合物與鋼球的重量比例為1∶8～1∶10，球磨時時間為12～36小時，優選20～24小時；所說的納米四氧化三鐵磁粉是采用一般的液相合成的方法制備的，如氨水沉淀法(張道江、王建華，超微磁性Fe3O4粒子的制備，四川師范大學學報(自然科學版)，1997，20(6))，氫氧化鈉沉淀法(鄒濤等，強磁性Fe3O4納米粒子的制備及其性能表征，精細化工，2002，19(2))和醇水共熱法(任歡魚等，化工進展，醇-水共熱發制備Fe3O4磁流體，2003(1))等方法，或者在制備過程中及其制備之后采用表面活性劑處理過的材料，如美國專利USP3764540公開的方法；所說的隔離劑選自高溫難熔融的鹽，最好選自氯化鈉、氯化鉀、氯化鈣中的一種或一種以上的混合物；(2)四氧化三鐵磁粉還原研磨后的混合物在氫氣氣氛中于350～650℃下進行高溫還原反應1～12小時，使得四氧化三鐵還原成為單質鐵顆粒；按照本專利技術的優選的還原工藝，氫氣中的氧氣含量不大于0.1％，最好是不大于0.05％，還原反應的壓力可以是常壓或加壓，優選為常壓；通常地，為了保證將四氧化三鐵完全還原為單質鐵，較高的還原溫度下以來采用較短的還原反應時間，較低的還原溫度下則采用較長的還原反應時間，而采用的還原反應溫度高低則根據最終產物顆粒尺寸的需要進行調節，還原溫度高，還原后單質鐵顆粒的尺寸大，反之還原溫度低，還原后單質鐵顆粒的尺寸?。?3)炭包覆單質鐵顆粒將還原后的單質鐵顆粒在混合氣氛下于300～600℃下進行表面包覆炭，按照專利技術優選的包覆工藝，優選的包覆反應溫度為400～500℃；所說的混合氣氛為氫氣、有機碳氫化合物和惰性氣體，混合氣氛中，氫氣的體積百分數含量為2～10％，最好為3～7％；有機碳氫化合物的體積百分數含量為3～15％，最好為4～12％；惰性氣體為氮氣或氬氣等，氮氣是優選的；所說碳氫化合物優選乙烯、乙炔、乙醇或甲醇中的一種或其混合物；表面包覆炭的反應時間為10～60分鐘，優選20～40分鐘，包覆反應的壓力可以是常壓或加壓，優選為常壓；為了得到炭包覆層合適的厚度和均勻度，也即得到飽和磁化強度高且耐高溫氧化的產物，不希望使碳氫化合物在熱解包覆反應時生成諸如炭納米管等副產物，通常地，很高的還原溫度容易生成炭納米管，在生成炭納米管的條件下獲得的產物由于存在較多的有機碳非磁性組份，飽和磁化強度也不高。而過低的包覆反應溫度下，有機碳氫化合物的熱分解不充分，單質鐵表面包覆不完全，產物的抗氧化性能變差。(4)后處理碳包覆反應后的產物在氫氣或氫氣與惰性氣體的氣氛中降溫到10～40℃，洗滌，干燥，得到專利技術所說的炭包覆的磁性超細鐵顆粒。采用本專利技術的方法獲得的炭包覆的磁性超細鐵顆粒，其氧化溫度不低于400℃，在自然條件下放置時間不少于3個月飽和磁化強度仍然不低于140emu/g。本專利技術的方法原料要求不高，反應條件溫和，易于工業化大量制備。本專利技術的軟磁特性的超細鐵顆粒具有顆粒尺寸小、飽和磁化強度高和磁性能穩定的特征，適合于作為磁性記錄用磁粉，磁靶向藥物的載體材料等。附圖說明本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種炭包覆的磁性超細鐵顆粒，其特征在于，平均粒徑為５０～４００ｎｍ，其組分和重量含量包括：磁性鐵為６５～８５％，炭為１５～２５％。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳秋芳，曹宏明，宣昭峰，馬新勝，張銀燕，黃廣建，甘軍，
申請(專利權)人：上海華明高技術集團有限公司，復旦大學附屬華山醫院，
類型：發明
國別省市：31[中國|上海]